中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

高中生物學(xué)課堂是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力的重要途徑。在當(dāng)前這個(gè)科技飛速發(fā)展的時(shí)代，生物學(xué)作為自然科學(xué)的重要組成部分之一，其教學(xué)地位日益凸顯。然而，高中生物學(xué)課堂教學(xué)面臨諸多問題，一是傳統(tǒng)的教學(xué)方式占據(jù)主導(dǎo)地位，雖然新課程改革已經(jīng)推進(jìn)多年，但部分教師仍固守傳統(tǒng)的“填鴨式\"教學(xué)，忽視學(xué)生的課堂主體性和學(xué)習(xí)主動性；二是教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活脫節(jié)，生物學(xué)是一門與現(xiàn)實(shí)生活密切相關(guān)的學(xué)科，目前部分高中生物學(xué)課堂教學(xué)的內(nèi)容過于理論化、抽象化，與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系不緊密，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以將理論知識與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，無法獲得感性的認(rèn)知，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性；三是實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)較少，生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性較強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、觀察能力和分析能力等方面具有重要作用。目前，部分高中生物學(xué)課堂教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)往往被忽視或簡化，學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)的機(jī)會和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，這不僅影響了學(xué)生對生物學(xué)知識的理解和掌握，還制約了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

1自制教具的定義與特點(diǎn)

自制教具是指教師或?qū)W生根據(jù)教學(xué)需要，利用身邊易得的材料，自行設(shè)計(jì)并制作的輔助教學(xué)工具。與市場上銷售的成品教具相比，自制教具有實(shí)用性和靈活性高的特點(diǎn)。緊密結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)制作的教具，能夠更有效地滿足教學(xué)需求。

自制教具的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。一是自制教具針對性強(qiáng)，教師可以根據(jù)教材內(nèi)容和學(xué)生實(shí)際情況，設(shè)計(jì)并制作出滿足教學(xué)需求的教具，幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識點(diǎn)；二是自制教具創(chuàng)新性高，教師在設(shè)計(jì)和制作教具過程中可以充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，制作新穎、有趣的教具，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性；三是自制教具成本低、易制作，教師可以利用身邊的廢舊物品或自然材料，經(jīng)過簡單的加工和改造即可制作出實(shí)用的教具，既節(jié)約了教學(xué)成本，又培養(yǎng)了學(xué)生的環(huán)保意識。

2自制教具在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用

2.1“探究不同光照強(qiáng)度下植物光合作用與呼吸作用關(guān)系”模擬教具

與本教具相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容位于人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》第5章。對學(xué)生而言，理解不同光照強(qiáng)度下植物光合作用與呼吸作用的關(guān)系是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，主要原因是光合作用和呼吸作用涉及的生化反應(yīng)較多且過程復(fù)雜，學(xué)生在理解不同光照強(qiáng)度對光合作用和呼吸作用的影響時(shí)有一定難度。首先，光合作用和呼吸作用各自包含多個(gè)步驟和生化反應(yīng)，且參與反應(yīng)的生物分子和酶種類多樣。學(xué)生需要深人理解這些生化反應(yīng)，才能把握其本質(zhì)。然而，光合作用和呼吸作用的相關(guān)知識較抽象，學(xué)生需要具備較強(qiáng)的空間想象能力和邏輯思維能力才能充分理解。其次，光合速率會隨著光照強(qiáng)度的改變產(chǎn)生變化，隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，光合速率會逐漸增加，當(dāng)光照達(dá)到一定強(qiáng)度后，光合速率會趨于穩(wěn)定。部分學(xué)生較難理解這一動態(tài)變化過程，在不同光照強(qiáng)度下的呼吸作用變化又額外增加了學(xué)生的理解難度。雖然在高中階段，學(xué)生可以把呼吸作用看作一個(gè)相對穩(wěn)定的過程，但光照強(qiáng)度的變化還是會影響植物體內(nèi)代謝產(chǎn)物的積累和利用，進(jìn)而影響呼吸作用。因此，為幫助學(xué)生深入理解并掌握這一知識點(diǎn)，筆者開發(fā)了“探究不同光照強(qiáng)度下植物光合作用與呼吸作用關(guān)系\"的模擬教具。

2.1.1 設(shè)計(jì)思路

本教具的設(shè)計(jì)理念為借助物理模型向?qū)W生直觀地展現(xiàn)植物在不同光照強(qiáng)度下進(jìn)行光合作用時(shí)，氣體交換的動態(tài)過程。為實(shí)現(xiàn)這一理念，筆者在教具中巧妙地融人電氣元件，并分別設(shè)置白色和綠色兩種顏色的燈光象征 與 。在操作過程中，教師利用控制器對燈泡進(jìn)行精確控制，使其按照一定的順序亮起，以此模擬氣體在交換過程中的動態(tài)變化。此外，為了更加貼近實(shí)際場景，筆者還在教具中引入了光敏電阻元件，以此模擬植物對光照強(qiáng)度的感應(yīng)機(jī)制。在不同的光照下，教具將自動調(diào)整不同燈組的開關(guān)，從而形象地模擬植物在光合作用過程中氣體交換的實(shí)際情況。

2.1.2 教具演示

如圖1（a）所示，教具演示了無光照環(huán)境中 和 的來源和去路，此時(shí)植物葉肉細(xì)胞只進(jìn)行呼吸作用，呼吸作用所需的 全部來自外界環(huán)境，產(chǎn)生的 全部釋放到外界環(huán)境中。

如圖1（b）所示，教具演示了弱光環(huán)境下 和 的來源和去路，此時(shí)植物開始進(jìn)行光合作用，呼吸作用消耗的 來自光合作用和外界環(huán)境，產(chǎn)生的 部分用于光合作用，部分釋放到外界環(huán)境中。

如圖1（c所示，教具演示了當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí) 和 的來源和去路，此時(shí)光合作用速率和呼吸作用速率相等，光合作用產(chǎn)生的 全部被呼吸作用消耗，呼吸作用產(chǎn)生的 也全部用于光合作用。

如圖1（d）所示，教具演示了強(qiáng)光照環(huán)境下 和 的來源和去路，此時(shí)光合作用速率大于呼吸作用速率，光合作用產(chǎn)生的 一部分被線粒體吸收利用，一部分釋放到外界環(huán)境中[2；固定所需的 一部分來自呼吸作用，一部分來自外界環(huán)境。

（c）光補(bǔ)償點(diǎn) （d） 強(qiáng)光照環(huán)境

圖1教具演示圖

2.1.3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）筆者通過構(gòu)建“探究不同光照強(qiáng)度下植物光合作用與呼吸作用之間的關(guān)系”物理模型這一創(chuàng)新舉措為生物學(xué)學(xué)科教育提供了參考。

（2）筆者運(yùn)用陶泥材料制作細(xì)胞器，具有可塑性，能夠最大程度地還原出各種細(xì)胞器的形態(tài)與結(jié)構(gòu)，為生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了更為真實(shí)的模擬體驗(yàn)。

（3）筆者借助燈組裝置演示植物在不同光照強(qiáng)度下進(jìn)行光合作用時(shí)氣體交換的動態(tài)過程，這種形象且直觀的展示方式有助于學(xué)生深刻理解光合作用與呼吸作用之間的關(guān)系，提高了教學(xué)效果。

2.2“甲狀腺激素分泌的分級調(diào)節(jié)”的模擬教具

與本教具相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容位于人教版普通高中教科書《生物學(xué)·選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》第3章第2節(jié)。在高中生物學(xué)教學(xué)中，甲狀腺激素分泌的分級調(diào)節(jié)一直是教學(xué)重難點(diǎn)。該知識點(diǎn)不僅涉及復(fù)雜的生理機(jī)制，還包括多層次、多環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)過程。因此對學(xué)生而言，理解和掌握該知識點(diǎn)存在一定困難。部分學(xué)生對甲狀腺激素的作用及調(diào)節(jié)機(jī)制的理解并不深入，僅知道甲狀腺激素對生長發(fā)育和新陳代謝有重要影響，但對其具體的調(diào)節(jié)過程卻知之甚少。為了加強(qiáng)學(xué)生對該知識點(diǎn)的理解和掌握，筆者精心開發(fā)“甲狀腺激素分泌的分級調(diào)節(jié)”的模擬教具。學(xué)生通過親身體驗(yàn)，直觀地感受甲狀腺激素分泌的分級調(diào)節(jié)過程，從而加深自身對知識點(diǎn)的認(rèn)識和理解，進(jìn)而全面、準(zhǔn)確地掌握相關(guān)知識。

2.2.1 設(shè)計(jì)思路

本教具的設(shè)計(jì)理念是通過構(gòu)建物理模型，呈現(xiàn)人體內(nèi)部甲狀腺激素分泌的分級調(diào)節(jié)機(jī)制。為實(shí)現(xiàn)這一理念，筆者給所有塑料小球分別噴涂上不同顏色。其中，綠色代表甲狀腺激素，黃色代表促甲狀腺激素釋放激素，藍(lán)色代表促甲狀腺激素，并向所有黃色、藍(lán)色小球內(nèi)裝入小鋼珠，向部分綠色小球內(nèi)裝入小鋼珠，然后利用含有小鋼珠的綠色小球數(shù)量來控制U型管中水位的高低。當(dāng)U型管中小球數(shù)量減少導(dǎo)致水位下降時(shí)，漂浮在液面上的綠色小球向下移動，顏色傳感器識別到綠色小球進(jìn)而改變電磁鐵的工作狀態(tài)，釋放黃色小球。這一過程可以模擬當(dāng)體內(nèi)甲狀腺激素含量減少時(shí)，下丘腦釋放促甲狀腺釋放激素的生理過程。當(dāng)黃色小球移動到“垂體”時(shí)，該部位的顏色傳感器識別到黃色小球并改變電磁鐵的工作狀態(tài)，釋放藍(lán)色小球，以此模擬靶細(xì)胞與促甲狀腺激素釋放激素的結(jié)合以及促甲狀腺激素的釋放過程。當(dāng)藍(lán)色小球移動到“甲狀腺”時(shí)，該部位的顏色傳感器識別到藍(lán)色小球并改變電磁鐵的工作狀態(tài)，釋放綠色小球，從此模擬靶細(xì)胞與促甲狀腺激素的結(jié)合以及甲狀腺激素的釋放過程。

2.2.2 教具演示

筆者將制作好的教具豎直擺放于墻邊（見圖2），把裝有小鋼珠的塑料小球放置在指定位置，并注入適量清水。隨后，筆者取出部分放置在U型管（下丘腦）內(nèi)含有小鋼珠的綠色小球使水位下降，不含有小鋼珠的綠色小球位置隨之下降，顏色傳感器識別到綠色小球并使“下丘腦\"部位的電磁鐵斷電，進(jìn)而釋放“促甲狀腺激素釋放激素”，代表該“激素”的黃色小球被“垂體\"部位的顏色傳感器識別，“垂體\"部位的電磁鐵斷電，釋放“促甲狀腺激素”，代表該“激素”的藍(lán)色小球進(jìn)一步被“甲狀腺\"部位的顏色傳感器識別，“甲狀腺”部位的電磁鐵斷電，釋放“甲狀腺激素”，實(shí)現(xiàn)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2.3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）自動化。筆者通過顏色傳感器、延時(shí)繼電器和電磁鐵等關(guān)鍵元件實(shí)現(xiàn)了教具的自動化操作。學(xué)生只需在U型管處操作，即可開始自主模擬信號識別和激素釋放過程，提高了操作的效率和準(zhǔn)確性。

（2）智能化。本教具配備的是智能顏色傳感器，可以靈活識別不同顏色的小球。因此，本教具不僅能夠模擬甲狀腺激素分泌的分級調(diào)節(jié)過程，還可以應(yīng)用于對其他分級調(diào)節(jié)機(jī)制的模擬研究。此外，小球的數(shù)量也可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求靈活調(diào)整，為教師提供了更多的實(shí)驗(yàn)可能性。

（3）調(diào)節(jié)過程形象化。為便于學(xué)生理解，筆者在設(shè)計(jì)教具時(shí)，運(yùn)用不同顏色的塑料小球代替不同激素，并通過U型管中含有小鋼珠的塑料小球數(shù)量變化反映甲狀腺激素含量的變化，塑料管內(nèi)裝滿清水也更形象地展現(xiàn)出了體液調(diào)節(jié)的過程。

（4反應(yīng)靈敏，適應(yīng)性強(qiáng)。本教具配備的是高性能顏色傳感器，具備強(qiáng)大的顏色識別功能，能夠精準(zhǔn)識別不同顏色小球并快速啟動相應(yīng)反應(yīng)，能夠滿足不同光線條件下的操作需求，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

（5）操作簡便，現(xiàn)象直觀易觀察。筆者設(shè)計(jì)的教具可以靈活移動，塑料管上下端口均設(shè)有活塞，能夠更換管內(nèi)液體。這種設(shè)計(jì)使實(shí)驗(yàn)操作更加簡便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明晰，便于學(xué)生進(jìn)行觀察和記錄。

3自制教具的開發(fā)與應(yīng)用反思

筆者在開發(fā)與應(yīng)用自制教具的過程中，感受到了使用自制教具的重要性與必要性。自制教具作為教學(xué)過程中的重要輔助工具之一，教師在開發(fā)自制教具過程中應(yīng)注重教具的實(shí)用性和創(chuàng)新性，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，設(shè)計(jì)具有針對性的教具，以幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識點(diǎn)。同時(shí)，合理地使用自制教具制造懸念是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效方法之一。[3]

自制教具在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中具有許多優(yōu)勢，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定局限性、面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，教具的制作需要教師投入大量的時(shí)間和精力，增加了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，教師制作一件高質(zhì)量的教具花費(fèi)時(shí)間通常超過十小時(shí)，工作壓力較大；其次，自制教具的耐用性和穩(wěn)定性難以保證，受制作材料和技術(shù)水平的限制，部分教具在使用過程中容易損壞或失效，影響教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；此外，自制教具缺少標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不同教師制作出的教具在質(zhì)量和效果上可能存在較大差異，不利于教學(xué)質(zhì)量的統(tǒng)一和提升。

針對這些局限性與挑戰(zhàn)，筆者提供了以下四個(gè)措施作為參考。一是學(xué)校可設(shè)立專門的教具制作團(tuán)隊(duì)或工作室，為教師提供技術(shù)支持和材料保障；二是相關(guān)部門可加強(qiáng)對教師的培訓(xùn)，提高教師的教具制作能力和創(chuàng)新意識，使教師能夠制作出更加實(shí)用、耐用且具有創(chuàng)新性的教具；三是教師可借鑒其他學(xué)科的教具制作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，引入先進(jìn)的制作材料和工藝，提升自制教具的質(zhì)量和效果；四是教師可通過建立教具評價(jià)和反饋機(jī)制，對教具的使用效果進(jìn)行定期評估和改進(jìn)，確保教具能夠充分發(fā)揮教學(xué)作用。

自制教具作為一種教育創(chuàng)新形式，雖然存在一些局限性，但其啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力的作用仍不容忽視。在未來的高中生物學(xué)教學(xué)中，教師可以發(fā)揮自制教具的獨(dú)特優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)

[1]趙建新.高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的研究[J]甘肅教育研究，2024（11）：56-58.

[2]韓金梅.光合作用與呼吸作用識圖計(jì)算題例析J，生物學(xué)教學(xué)，2010，35（9）：42-44.

[3]尹博雅.自制教具在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].重慶：西南大學(xué)，2022.